"In der gesamten physikalischen Lehrbuchliteratur gibt es wohl kaum ein anderes Werk, das auf seinem Feld so unangefochten eine Spitzenstellung behauptet wie das Elektrodynamik-Buch von Jackson, und das bereits seit vier Jahrzehnten." - Physik Journal.
Die deutsche Übersetzung dieses Klassikers der theoretischen Physik erscheint jetzt in einer nochmals durchgesehenen Neuauflage. Damit wird theoretische Elektrodynamik noch verständlicher als je zuvor.
Einzigartig bleibt die konkurrenzlos hohe Anzahl von konkret gerechneten Beispielen, exakt durchgerechneten Fällen und zahlreichen Übungsaufgaben. Nach wie vor ist das Buch seit der 3. Auflage größtenteils in SI geschrieben. Seine Anwendungsnähe (auch zur Experimentalphysik) wird sowohl von Studenten als auch von Wissenschaftlern, Hochschullehrern und Ingenieuren geschätzt.
Inhaltsverzeichnis
1;Einführung und Überblick;21 1.1;1.1 Die Maxwellschen Gleichungen im Vakuum; Felder und Quellen;23 1.2;1.2 Das Gesetz vom reziproken quadratischen Abstand oder die Masse des Photons;26 1.3;1.3 Lineare Superposition;31 1.4;1.4 Die Maxwellschen Gleichungen in makroskopischer Materie;35 1.5;1.5 Grenzbedingungen an der Trennfläche verschiedener Medien;40 1.6;1.6 Anmerkungen zu Idealisierungen in der Theorie des Elektromagnetismus;42 1.7;Literaturhinweise;46 2;1 Einführung in die Elektrostatik;49 2.1;1.1 Das Coulombsche Gesetz;49 2.2;1.2 Das elektrische Feld;50 2.3;1.3 Das Gaußsche Gesetz;53 2.4;1.4 Differentielle Form des Gaußschen Gesetzes;55 2.5;1.5 Die Wirbelfreiheit des elektrostatistischen Feldes und das skalare Potentia;56 2.6;1.6 Flächenhaft verteilte Ladungen und Dipole, Unstetigkeiten des elektrischen Feldes und seines Potentials;58 2.7;1.7 Die Poissonsche und Laplacesche Gleichung;61 2.8;1.8 Der Greensche Satz;63 2.9;1.9 Eindeutigkeit der Lösung mit Dirichletscher oder Neumannscher Randbedingung;65 2.10;1.10 Formale Lösung des elektrostatischen Randwertproblems mithilfe der Greenschen Funktion;66 2.11;1.11 Elektrostatische potentielle Energie und Energiedichte; Kapazität;69 2.12;1.12 Näherungslösung der Laplaceschen und Poissonschen Gleichung mithilfe von Variationsverfahren;73 2.13;1.13 Relaxationsmethode zur Lösung zweidimensionaler Probleme der Elektrostatik;77 2.14;Literaturhinweise;80 2.15;Übungen;81 3;2 Randwertprobleme in der Elektrostatik: I;89 3.1;2.1 Methode der Spiegelladungen;89 3.2;2.2 Punktladung gegenüber einer geerdeten, leitenden Kugel;90 3.3;2.3 Punktladung gegenüber einer geladenen, isolierten, leitenden Kugel;93 3.4;2.4 Punktladung gegenüber einer leitenden Kugel auf konstantem Potential;95 3.5;2.5 Leitende Kugel im homogenen elektrischen Feld nach der Methode der Spiegelladungen;96 3.6;2.6 Greensche Funktion der Kugel, allgemeine Lösung für das Potential;97 3.7;2.7 Leitende Kugelschale mit verschiedenen Potentialen auf ihren beiden Hälfte
n;99 3.8;2.8 Entwicklung nach orthogonalen Funktionen;101 3.9;2.9 Trennung der Variablen, Laplacesche Gleichung in kartesischen Koordinaten;104 3.10;2.10 Ein zweidimensionales Potentialproblem, Summation einer Fourier-Reih;107 3.11;2.11 Felder und Ladungsdichten in Umgebung von Ecken und Kanten;111 3.12;2.12 Einführung in die Methode finiter Elemente in der Elektrostatik;114 3.13;Literaturhinweise;121 3.14;Übungen;122 4;3 Randwertprobleme in der Elektrostatik: II;133 4.1;3.1 Laplacesche Gleichung in Kugelkoordinaten;133 4.2;3.2 Legendresche Differentialgleichung und Legendre-Polynome;134 4.3;3.3 Randwertprobleme mit azimutaler Symmetrie;139 4.4;3.4 Verhalten der Felder in einer kegelförmigen Vertiefung oder in der Nähe einer Spitze;142 4.5;3.5 Zugeordnete Legendre-Funktionen und Kugelflächenfunktionen Ylm (., F);146 4.6;3.6 Additionstheorem der Kugelflächenfunktionen;149 4.7;3.7 Laplacesche Gleichung in Zylinderkoordinaten, Bessel-Funktionen;151 4.8;3.8 Randwertprobleme in Zylinderkoordinaten;157 4.9;3.9 Entwicklung Greenscher Funktionen in Kugelkoordinaten;160 4.10;3.10 Lösung von Potentialproblemen unter Verwendung der sphärischen Entwicklung der Greenschen Funktion;163 4.11;3.11 Entwicklung Greenscher Funktionen in Zylinderkoordinaten;166 4.12;3.12 Entwicklung Greenscher Funktionen nach Eigenfunktionen;168 4.13;3.13 Gemischte Randbedingungen, leitende Ebene mit kreisförmiger Öffnung;171 4.14;Literaturhinweise;177 4.15;Übungen;178 5;4 Multipole, Elektrostatik makroskopischer Medien, Dielektrika;189 5.1;4.1 Multipolentwicklung;189 5.2;4.2 Multipolentwicklung der Energie einer Ladungsverteilung im äußeren Feld;194 5.3;4.3 Elementare Behandlung der Elektrostatik in dichten Medien;196 5.4;4.4 Randwertprobleme bei Anwesenheit von Dielektrika;200 5.5;4.5 Molekulare Polarisierbarkeit und elektrische Suszeptibilität;205 5.6;4.6 Modelle für die molekulare Polarisierbarkeit;208 5.7;4.7 Elektrostatische Energie in dielektrischen Medien;212 5.8;Literaturhinweise;216 5.9;Übung
en;217 6;5 Magnetostatik, Faradaysches Induktionsgesetz, quasistationäre Felder;223 6.1;5.1 Einführung und Definitionen;223 6.2;5.2 Das Biot-Savartsche Gesetz;224 6.3;5.3 Die Differentialgleichungen der Magnetostatik und das Ampèresche Durchflutungsgesetz;228 6.4;5.4 Vektorpotential;230 6.5;5.5 Vektorpotential und magnetische Induktion einer kreisförmigen Stromschleife;231 6.6;5.6 Magnetische Felder einer lokalisierten Stromverteilung, magnetisches Moment;235 6.7;5.7 Kraft und Drehmoment auf eine lokalisierte Stromverteilung im äußeren Magnetfeld, Energie dieser Stromverteilung;239 6.8;5.8 Makroskopische Gleichungen, Grenzbedingungen für B und H;243 6.9;5.9 Lösungsmethoden für Randwertprobleme der Magnetostatik;247 6.10;5.10 Homogen magnetisierte Kugel;251 6.11;5.11 Magnetisierte Kugel im äußeren Feld, Permanentmagnete;253 6.12;5.12 Magnetische Abschirmung, Kugelschale aus hochpermeablem Material im äußeren Feld;255 6.13;5.13 Wirkung einer kreisförmigen Öffnung in ideal leitender Ebene, die auf der einen Seite ein asymptotisch tangentiales, homogenes Magnetfeld begrenzt;257 6.14;5.14 Numerische Methoden zur Berechnung zweidimensionaler Magnetfelder;260 6.15;5.15 Das Faradaysche Induktionsgesetz;263 6.16;5.16 Energie des magnetischen Feldes;267 6.17;5.17 Energie des magnetischen Feldes und Induktivitätskoeffizienten;270 6.18;5.18 Quasistationäre Magnetfelder in Leitern; magnetische Diffusion;274 6.19;Literaturhinweise;280 6.20;Übungen;282 7;6 Maxwellsche Gleichungen, makroskopischer Elektromagnetismus, Erhaltungssätze;295 7.1;6.1 Maxwellscher Verschiebungsstrom, Maxwellsche Gleichungen;295 7.2;6.2 Vektorpotential und skalares Potential;297 7.3;6.3 Eichtransformationen, Lorenz-Eichung, Coulomb-Eichung;299 7.4;6.4 Greensche Funktionen der Wellengleichung;302 7.5;6.5 Retardierte Lösungen der Feldgleichungen: Jefimenkos Verallgemeinerung des Coulombschen und Biot-Savartschen Gesetzes; die Heaviside-Feynman-Formeln für die Felder einer Punktladung;305 7.6;6.6 Herleitung d
er Gleichungen des makroskopischen Elektromagnetismus;308 7.7;6.7 Der Poyntingsche Satz und die Erhaltung von Energie und Impuls eines aus geladenen Teilchen und elektromagnetischen Feldern bestehenden Systems;319 7.8;6.8 Der Poyntingsche Satz für linear-dispersive Medien mit Verlusten;324 7.9;6.9 Der Poyntingsche Satz für Felder mit harmonischer Zeitabhängigkeit, Definition von Impedanz und Admittanz über die Felder;326 7.10;6.10 Transformationseigenschaften der elektromagnetischen Felder und Quellen unter Drehungen, räumlichen Spiegelungen und Zeitumkehr;330 7.11;6.11 Zur Frage magnetischer Monopole;337 7.12;6.12 Diskussion der Diracschen Quantisierungsbedingung;339 7.13;6.13 Polarisationspotentiale (Hertzsche Vektoren);346 7.14;Literaturhinweise;348 7.15;Übungen;349 8;7 Ebene elektromagnetische Wellen und Wellenausbreitung;361 8.1;7.1 Ebene Wellen in nichtleitenden Medien;361 8.2;7.2 Lineare und zirkulare Polarisation, die Stokesschen Parameter;366 8.3;7.3 Reflexion und Brechung elektromagnetischer Wellen an der ebenen Trennfläche zweier Dielektrika;370 8.4;7.4 Polarisation durch Reflexion; Totalreflexion; Goos-Hänchen-Effekt;374 8.5;7.5 Charakteristische Eigenschaften der Dispersion in Dielektrika, Leitern und Plasmen;377 8.6;7.6 Vereinfachtes Modell zur Wellenausbreitung in der Ionosphäre und Magnetosphäre;386 8.7;7.7 Magnetohydrodynamische Wellen;389 8.8;7.8 Überlagerung von Wellen in einer Dimension, Gruppengeschwindigkeit;393 8.9;7.9 Beispiel für das Zerfließen eines Wellenpakets beim Durchgang durch ein dispersives Medium;398 8.10;7.10 Kausale Verknüpfung zwischen D und E, Kramers-Kronig-Relationen;401 8.11;7.11 Signalübertragung in einem dispersiven Medium;408 8.12;Literaturhinweise;412 8.13;Übungen;413 9;8 Wellenleiter, Hohlraumresonatoren und optische Fasern;427 9.1;8.1 Felder an der Oberfläche und im Innern eines Leiters;427 9.2;8.2 Zylindrische Hohl- und Wellenleiter;432 9.3;8.3 Wellenleiter;435 9.4;8.4 Schwingungstypen in Rechteckwellenleitern;437 9.5
;8.5 Energiestrom und Energiedämpfung in Wellenleitern;439 9.6;8.6 Störung der Randbedingungen;443 9.7;8.7 Hohlraumresonatoren;446 9.8;8.8 Leistungsverluste in einem Hohlraumresonator, Gütefaktor eines Hohlraumresonators;449 9.9;8.9 Erde und Ionosphäre als Hohlraumresonator: Schumann-Resonanzen;453 9.10;8.10 Mehrmodige Ausbreitung in optischen Fasern;457 9.11;8.11 Eigenwellen in dielektrischen Wellenleitern;465 9.12;8.12 Eigenwellenentwicklung; die von einer lokalisierten Quelle im metallischen Hohlleiter erzeugten Felder;471 9.13;Literaturhinweise;477 9.14;Übungen;479 10;9 Strahlungssysteme, Multipolfelder und Strahlung;491 10.1;9.1 Felder und Strahlung einer lokalisierten, oszillierenden Quelle;491 10.2;9.2 Felder und Strahlung eines elektrischen Dipols;494 10.3;9.3 Magnetische Dipol- und elektrische Quadrupolfelder;497 10.4;9.4 Linearantenne mit symmetrischer Speisung;501 10.5;9.5 Multipolentwicklung für eine kleine Quelle oder Öffnung im Wellenleiter;505 10.6;9.6 Grundlösungen der skalaren Wellengleichung in Kugelkoordinaten;511 10.7;9.7 Multipolentwicklung elektromagnetischer Felder;516 10.8;9.8 Eigenschaften von Multipolfeldern; Energie und Drehimpuls der Multipolstrahlung;519 10.9;9.9 Winkelverteilung der Multipolstrahlung;525 10.10;9.10 Quellen der Multipolstrahlung, Multipolmomente;528 10.11;9.11 Multipolstrahlung in Atomen und Kernen;531 10.12;9.12 Multipolstrahlung einer Linearantenne mit symmetrischer Speisung;533 10.13;Literaturhinweise;539 10.14;Übungen;540 11;10 Streuung und Beugung;547 11.1;10.1 Streuung bei großen Wellenlängen;547 11.2;10.2 Störungstheorie für Streuung; Rayleighs Erklärung der blauen Himmelsfarbe; Streuung in Gasen und Flüssigkeiten; Dämpfung in optischen Fasern;555 11.3;10.3 Entwicklung einer räumlichen ebenen Welle nach sphärischen Lösungen der Wellengleichung;565 11.4;10.4 Streuung elektromagnetischer Wellen an einer Kugel;567 11.5;10.5 Skalare Beugungstheorie;572 11.6;10.6 Vektoräquivalente des Kirchhoffschen Integrals;578 11.7;
10.7 Vektorielle Beugungstheorie;581 11.8;10.8 Das Babinetsche Prinzip komplementärer Blenden;584 11.9;10.9 Beugung an einer kreisförmigen Öffnung, Anmerkungen zu kleinen Öffnungen;587 11.10;10.10 Streuung im Grenzfall kurzer Wellenlängen;593 11.11;10.11 Optisches Theorem und Verwandtes;599 11.12;Literaturhinweise;605 11.13;Übungen;606 12;11 Spezielle Relativitätstheorie;615 12.1;11.1 Die Situation vor 1900, die beiden Einsteinschen Postulate;616 12.2;11.2 Einige neuere Experimente;620 12.3;11.3 Lorentz-Transformationen und die wichtigsten Folgerungen für die relativistische Kinematik;627 12.4;11.4 Addition von Geschwindigkeiten, Vierergeschwindigkeit;634 12.5;11.5 Relativistischer Impuls und relativistische Energie eines Teilchens;637 12.6;11.6 Mathematische Eigenschaften des Raum-Zeit-Kontinuums in der speziellen Relativitätstheorie;644 12.7;11.7 Matrixdarstellungen der Lorentz-Transformationen, infinitesimale Erzeugende;648 12.8;11.8 Thomas-Präzession;653 12.9;11.9 Invarianz der elektrischen Ladung, Kovarianz der Elektrodynamik;659 12.10;11.10 Transformation der elektromagnetischen Felder;664 12.11;11.11 Relativistische Bewegungsgleichung für den Spin in homogenen oder langsam veränderlichen äußeren Feldern;669 12.12;11.12 Anmerkung zu Notation und Einheiten in der relativistischen Kinematik;673 12.13;Literaturhinweise;674 12.14;Übungen;676 13;12 Dynamik relativistischer Teilchen und elektromagnetischer Felder;689 13.1;12.1 Lagrange- und Hamilton-Funktion eines relativistischen geladenen Teilchens im äußeren elektromagnetischen Feld;690 13.2;12.2 Bewegung im homogenen statischen Magnetfeld;696 13.3;12.3 Bewegung in miteinander kombinierten, homogenen statischen elektrischen und magnetischen Feldern;697 13.4;12.4 Teilchendrift in inhomogenen statischen Magnetfeldern;700 13.5;12.5 Adiabatische Invarianz des von der Teilchenbahn eingeschlossenen magnetischen Flusses;705 13.6;12.6 Niedrigste relativistische Korrekturen zur Lagrange-Funktion wechselwirkender geladener
Teilchen: die Darwinsche Lagrange-Funktion;710 13.7;12.7 Lagrange-Dichte des elektromagnetischen Feldes;712 13.8;12.8 Die Procasche Lagrange-Dichte, Effekte einer Photomasse;714 13.9;12.9 Effektive ,,Photon-Masse in der Supraleitung; Londonsche Eindringtiefe;718 13.10;12.10 Kanonischer und symmetrischer Energie-Impuls-Tensor, Erhaltungssätze;720 13.11;12.11 Lösung der Wellengleichung in kovarianter Form, invariante Greensche Funktionen;728 13.12;Literaturhinweise;732 13.13;Übungen;733 14;13 Stoßprozesse zwischen geladenen Teilchen; Energieverlust und Streuung; Tscherenkow- und Übergangsstrahlung;741 14.1;13.1 Energieübertrag bei Coulomb-Stößen zwischen einem schweren Teilchen und einem ruhenden, freien Elektron; Energieverlust bei harten Stößen;742 14.2;13.2 Energieverlust bei weichen Stößen; Gesamtenergieverlust;745 14.3;13.3 Einfluß der Dichte auf den Energieverlust beim Stoß;749 14.4;13.4 Tscherenkow-Strahlung;756 14.5;13.5 Elastische Streuung schneller Teilchen an Atomen;760 14.6;13.6 Mittlerer quadratischer Streuwinkel und Winkelverteilung bei Mehrfachstreuung;763 14.7;13.7 Übergangsstrahlung;767 14.8;Literaturhinweise;776 14.9;Übungen;776 15;14 Strahlung bewegter Teilchen;783 15.1;14.1 Liénard-Wiechertsche Potentiale und die Felder einer Punktladung;783 15.2;14.2 Strahlungsleistung einer beschleunigten Ladung: die Larmorsche Formel und ihre relativistische Verallgemeinerung;787 15.3;14.3 Winkelverteilung der Strahlung einer beschleunigten Ladung;791 15.4;14.4 Die Strahlung einer ultrarelativistisch bewegten Ladung;794 15.5;14.5 Frequenz- und Winkelverteilung der Strahlungsenergie beschleunigter Ladungen;797 15.6;14.6 Frequenzspektrum der Strahlung einer relativistisch bewegten Ladung in momentaner Kreisbewegung;800 15.7;14.7 Undulatoren und Wiggler zur Erzeugung von Synchrotronstrahlung;808 15.8;14.8 Thomson-Streuung;820 15.9;Literaturhinweise;824 15.10;Übungen;825 16;15 Bremsstrahlung, Methode der virtuellen Quanten, Strahlung beim Beta-Zerfall;837 16.1;15.1
Strahlung bei Stößen;838 16.2;15.2 Strahlung bei Coulombscher Wechselwirkung;844 16.3;15.3 Abschirmeffekte; relativistischer Energieverlust durch Strahlung;852 16.4;15.4 Weizsäcker-Williams-Methode der virtuellen Quanten;856 16.5;15.5 Bremsstrahlung als Streuung virtueller Quanten;861 16.6;15.6 Strahlung beim Beta-Zerfall;863 16.7;15.7 Strahlung beim Kerneinfang eines Hüllenelektrons, Verschwinden von Ladung und magnetischem Moment;865 16.8;Literaturhinweise;870 16.9;Übungen;871 17;16 Strahlungsdämpfung, klassische Modelle geladener Teilchen;879 17.1;16.1 Einführende Betrachtungen;879 17.2;16.2 Berechnung der Strahlungsdämpfung aus dem Energieerhaltungsprinzip;882 17.3;16.3 Berechnung der Selbstkraft nach Abraham und Lorentz;885 17.4;16.4 Relativistische Kovarianz; Stabilität und Poincarésche Spannungen;891 17.5;16.5 Kovariante Definition von Energie und Impuls des elektromagnetischen Feldes;893 17.6;16.6 Das kovariante, stabile geladene Teilchen;896 17.7;16.7 Linienbreite und Niveauverschiebung eines strahlenden Oszillators;901 17.8;16.8 Streuung und Absorption von Strahlung durch einen Oszillator;904 17.9;Literaturhinweise;906 17.10;Übungen;907 18;Anhang: Einheiten und Dimensionen;913 18.1;1 Einheiten und Dimensionen, Grundeinheiten und abgeleitete Einheiten;913 18.2;2 Elektromagnetische Einheiten und Gleichungen;915 18.3;3 Verschiedene Systeme elektromagnetischer Einheiten;918 18.4;4 Zusammenhang zwischen Gleichungen und Beträgen in SI-Einheiten und Gaußschen Einheiten;921 19;Bibliographie;925 20;Sachregister;933 21;Häufig benutzte Formeln der Vektoranalysis;959 22;Sätze aus der Vektoranalysis;960 23;Seitenhinweise zu speziellen Funktionen;961 24;Darstellung von Vektoroperationen in verschiedenen Koordinatensystemen;962
